用于半导体晶片的抛光组合物制造技术

适用于抛光半导体晶片的水性组合物。该组合物包含可抑制碳氮化硅去除速率的非离子表面活性剂，且该非离子表面活性剂具有亲水基和疏水基。该疏水基具有大于３的碳链长度。如使用１３．８ｋＰａ的垂直于晶片的微孔聚氨酯抛光垫板压力所测，该非离子表面活性剂对碳氮化硅去除速率的抑制比其对氮化硅去除速率的减小大至少１００埃每分钟。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体晶片的抛光，且更具体地涉及当存在碳氮化硅下层时用于去除晶片层，例如阻挡层材料，封盖材料，电介质层，抗反射层和硬质掩模的组合物和方法。
技术介绍
典型地，半导体衬底具有硅底和包含多个沟槽的电介质层，该沟道在电介质层内排列形成电路互连图案。这些沟槽图案具有金属镶嵌(damascene)结构或双重金属镶嵌结构。另外，典型利用一至三个或更多封盖层覆盖这个由沟槽图案化的电介质层，并用阻挡层覆盖该一个或多个封盖层。最后，利用金属层覆盖该阻挡层并填充图案沟槽。该金属层构成连接电介质区域并形成集成电路的电路互连。该封盖层可用于不同的用途。例如，包覆电介质的封盖层如碳氮化硅可以起抛光停止的作用从而在抛光期间保护下面的电介质不被除去。该碳氮化硅中氮的浓度随厂家而不同；且其最高可包含约50原子百分比的氮—如果氮化物含量为零，这时该停止层具有碳化硅的化学性质。另外，二氧化硅层，氮化硅层或这两种层的组合可改善该停止层上的形貌。典型地，利用阻挡层如钽阻挡层包覆该封盖层并利用金属导电层覆盖该阻挡层从而形成互连金属。化学机械平坦化或CMP工艺通常包括多个抛光步骤。例如，最初的平坦化步骤从下面的阻挡电介质层上除去金属层以便使晶片平坦化。这个第一步的抛光可去除金属层，并在晶片上留下具有填充金属的沟槽的光滑平坦表面，该沟槽可提供与该抛光表面平齐的电路互连。第一步抛光步骤倾向于以相对高的速率去除过剩的互连金属例如铜。第一步抛光之后，第二步抛光过程可典型去除残留在半导体晶片上的阻挡层。这个第二步抛光可从其下面的电介质层上除去该阻挡层以便在该电介质层上提供平坦的抛光表面。该第二步抛光可以在封盖层上停止，可以除去全部封盖层或除去下面电介质层的一部分。遗憾的是，CMP工艺通常会导致多余金属从电路互连上的过度去除或“凹陷”。这种凹陷既可以由第一步抛光产生也可以由第二步抛光产生。超过允许水平的凹陷会在电路互连中引起尺度(dimensional)损失。电路互连中的这些薄区域会减弱电信号并损害后续的双重金属镶嵌结构的加工。除凹陷以外，该CMP工艺通常可以在已知的“侵蚀”作用下除去过量的电介质层。发生在该互连金属附近的侵蚀会在电路互连中引入尺度缺陷。以类似于凹陷的方式，这些缺陷会引起电信号的减弱并损害随后的双重金属镶嵌结构的加工。除去阻挡层以及任何不需要的封盖层之后，第一封盖停止层，例如碳氮化硅停止层，通常可以防止CMP工艺损害电介质。通过控制去除速率，这个停止层可典型地保护下面的电介质从而避免或减轻电介质的侵蚀。该阻挡层和其它封盖层(例如氮化硅和二氧化硅)的去除速率与停止层去除速率的比值是选择比的实例。对于这个用途，选择比是指所测以埃每分钟的去除速率的比值。Minamihaba等人在美国专利公开2003/0124850中公开了用于去除碳化硅系化合物如SiCO，SiCH和SiCN的抛光浆料。这种抛光浆料提出使用具有苯环的氨基酸或具有杂环的有机酸可促进碳化硅系化合物的去除。与这个去除碳化硅系化合物的工艺不同，一些具有碳氮化硅停止层的集成方案需要不会去除该保护覆层的抛光。对可以选择性去除阻挡层材料和封盖材料(例如氮化硅和二氧化硅)而不会除去过量碳氮化硅停止层的组合物存在尚未满足的需求。此外，存在对可以如下进行抛光半导体晶片抛光的浆料的需求1)去除阻挡层或封盖材料；2)减小互连凹陷，电介质侵蚀并避免电介质的剥落；和3)对碳氮化硅停止层进行操作。
技术实现思路
本专利技术提供了用于抛光半导体晶片的水性组合物，该组合物包含可抑制碳氮化硅去除速率的非离子表面活性剂，该非离子表面活性剂具有亲水基和疏水基，该疏水基具有大于3的碳链长度而且如使用13.8kPa的垂直于晶片测量的微孔聚氨酯抛光垫压力所测，该非离子表面活性剂对碳氮化硅去除速率的抑制比其对氮化硅去除速率的减小大至少100埃每分钟。本专利技术的另一个方面是提供了用于抛光半导体晶片的水性组合物，该组合物包含0至30重量百分比的研磨剂，0至15重量百分比的非铁金属抑制剂，0至25重量百分比的氧化剂，0至10重量百分比的钽去除剂，该去除剂选自包括甲脒，甲脒盐，甲脒衍生物，胍衍生物，胍盐和它们的混合物的组，以及0.001至5重量百分比的非离子表面活性剂，该表面活性剂可抑制碳氮化硅的去除速率且具有亲水基和疏水基，该疏水基具有大于3的碳链长度而且如使用13.8kPa的垂直于晶片测量的微孔聚氨酯抛光垫压力所测，该非离子表面活性剂对碳氮化硅的去除速率抑制比其对氮化硅去除速率的减小大至少100埃每分钟，而且该非离子表面活性剂选自包括链烷醇酰胺，烷基聚环氧乙烷，烷基酚聚环氧乙烷，聚氧乙烯化烷基氧化胺，聚氧乙烯化聚氧化丙二醇，烷基聚葡萄糖苷(glucoside)，烷基羧酸酯，聚氧乙烯化硫醇，烷基甘油二酯，聚氧乙烯化链烷醇胺，聚烷氧基酰胺，叔炔二醇和它们的混合物的组。本专利技术的另一个方面是提供了用于从半导体衬底上去除至少一个覆层的抛光方法，该方法包括使该半导体衬底与抛光组合物接触，该半导体衬底在至少一个覆层下具有碳氮化硅，该抛光组合物包含非离子表面活性剂，来抑制碳氮化硅的去除且该非离子表面活性剂具有亲水基和疏水基，该疏水基具有大于3的碳链长度；使用抛光垫对该半导体衬底进行抛光以便以一定去除速率除去至少一个覆层，该以埃每分种表示的去除速率大于碳氮化硅的去除速率；和在除去全部碳氮化硅层之前停止抛光。具体实施例方式对于去除阻挡层材料或封盖材料例如氮化硅和氧化硅，该浆料和方法提供了意想不到的选择性，并在碳氮化硅层上停止。该浆料依靠非离子表面活性剂来选择性去除至少一个层，例如含钽层或氮化硅层，而在碳氮化硅层上停止。这种选择性可减少互连金属的凹陷和电介质层的侵蚀。此外，该浆料可以除去阻挡层材料和封盖层例如氮化硅，有机封盖材料和电介质而在碳氮化硅层上停止而且不会使脆弱的低-k电介质层从半导体晶片上剥落或分离。这些浆料的另一个优点使该组合物能够在硅碳掺杂的氧化物(CDO)层上停止。在本说明书中所使用的表面活性试剂或表面活性剂是指当其存在时，能够吸附到晶片衬底的表面或界面或者改变该晶片衬底表面或界面的表面自由能的物质。术语“界面”是介于任两个不混溶相之间的边界。术语“表面”代表其中一相是气体，且通常为空气的界面。表面活性剂通常起减小界面自由能的作用。非离子表面活性剂具有独特的分子结构，该结构由被称为疏水基的对水没有吸引的结构基团，以及被称为亲水基的对水具有强烈吸引的基团组成。该非离子表面活性剂不表现出明显的离子电荷，但它典型地具有包含氧，硫或氮原子的亲水基。该疏水基通常是具有适合溶解于水的长度的长链烃，氟代烃或硅氧烷链。特别地，该疏水基具有大于3的碳链长度。最优选地，该疏水基具有至少6的碳链长度。该非离子表面活性剂典型具有不同的亲水基和疏水基特性。例如，HLB值(亲水-亲油平衡)定义表面活性剂亲水和疏水的程度。对于表面活性剂较大的HLB值表示该表面活性剂比具有小HLB值的表面活性剂更亲水。可以在许多专著资料中找到表面活性剂HLB的定义和计算，例如Milton J.Rosen为作者的专著“Surtactants andInterfacial Phenomena”，由Wiley Interscience(1979)出版。该非离子表面活性剂典型本文档来自技高网...

【技术保护点】
适用于抛光半导体晶片的水性组合物，该组合物包含可抑制碳氮化硅去除速率的非离子表面活性剂，该非离子表面活性剂具有亲水基和疏水基，该疏水基具有大于３的碳链长度，而且使用１３．８ｋＰａ的垂直于晶片测量的微孔聚氨酯抛光垫压力所测，该非离子表面活性剂对碳氮化硅去除速率的抑制比其对氮化硅去除速率的减小大至少１００埃每分钟。

【技术特征摘要】
US 2003-9-17 10/664,7221.适用于抛光半导体晶片的水性组合物，该组合物包含可抑制碳氮化硅去除速率的非离子表面活性剂，该非离子表面活性剂具有亲水基和疏水基，该疏水基具有大于3的碳链长度，而且使用13.8kPa的垂直于晶片测量的微孔聚氨酯抛光垫压力所测，该非离子表面活性剂对碳氮化硅去除速率的抑制比其对氮化硅去除速率的减小大至少100埃每分钟。2.权利要求1的组合物，其中该非离子表面活性剂选自包括链烷醇酰胺，烷基聚环氧乙烷，烷基酚聚环氧乙烷，聚氧乙烯化烷基氧化胺，聚氧乙烯化聚氧化丙二醇，烷基聚葡萄糖苷，烷基羧酸酯，聚氧乙烯化硫醇，烷基甘油二酯，聚氧乙烯化链烷醇胺，聚烷氧基酰胺，叔炔二醇和它们的混合物的组。3.适用于抛光半导体晶片的水性组合物，该组合物包含0至30重量百分比的研磨剂，0至15重量百分比的非铁金属抑制剂，0至25重量百分比的氧化剂，0至10重量百分比的钽去除剂，该钽去除剂选自包括甲脒，甲脒盐，甲脒衍生物，胍衍生物，胍盐和它们的混合物的组，以及0.001至5重量百分比的非离子表面活性剂，该表面活性剂可抑制碳氮化硅的去除速率且具有亲水基和疏水基，该疏水基具有大于3的碳链长度，而且使用13.8kPa的垂直于晶片测量的微孔聚氨酯抛光垫压力所测，该非离子表面活性剂对碳氮化硅去除速率的抑制比其对氮化硅去除速率的减小大至少100埃每分钟，而且该非离子表面活性剂选自包括链烷醇酰胺，烷基聚环氧乙烷，烷基酚聚环氧乙烷，聚氧乙烯化烷基氧化胺，聚氧乙烯化聚氧化丙二醇，烷基聚葡萄糖苷，烷基羧酸酯，聚氧乙烯化硫醇，烷基甘油二酯，聚氧乙烯化链烷醇胺，聚烷氧基酰胺，叔炔二醇和它们的混合物的组。4.权利要求3的组合物，其中该非离子表面活性剂选自包括链烷醇酰胺，烷基聚环氧乙烷，烷基酚聚环氧乙烷...

【专利技术属性】
技术研发人员：卞锦儒，J匡西，MR万哈尼赫姆，
申请(专利权)人：CMP罗姆和哈斯电子材料控股公司，
类型：发明
国别省市：US[]